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实验研究是科学研究的一种方法论（methodology），并不只是一个具体的方法（method），因此有必要准确、充分地理解这种方法论背后的认识论。我们首先需要感知、了解实验研究的具体特点，才能进一步探究它的认识论，从而更好地指导我们使用实验研究来解决特定的研究问题。本节我们首先探讨实验研究的特点，并基于它的特点尝试给它下一个定义，之后阐述它的认识论和对研究实践的启发。
下面有三个生活片段，根据我们的一般经验判断：它们是实验研究吗？它们具有实验研究的特点吗？
（1）一对年轻夫妇刚刚生了宝宝，他们不知道宝宝每天应该喝几顿奶，也不知道每顿应该喝多少量。他们非常焦虑，在网上也查不到权威性的建议。他们决定将宝宝每顿的奶量都记录下来，看看究竟是什么样的。
（2）小张感冒了，家人和同事都劝他多喝水，说多喝水能让感冒更快痊愈。于是他大量饮水，感冒很快就好了。基于自己的这次体验，他对多喝水能促进感冒痊愈的说法深信不疑。
（3）豆豆上幼儿园的时候，妈妈说，如果晚上睡觉前能把自己的房间收拾整洁，那么小精灵就会送来一张小贴画，放在床头柜上作为奖励。豆豆照做，果然第二天一早醒来看到了小贴画。第二天晚上，豆豆想看看是不是不收拾房间也会收到小贴画，于是就没有收拾，结果也就没有收到。豆豆觉得将房间收拾整洁是收到小贴画的必要条件。
有些读者可能会觉得这三个生活片段都有一些实验研究的成分，或许都可以算得上是实验研究。但如果再仔细观察，并对夫妇、小张和豆豆的做法进行比较，我们会发现，三个片段中的事件具有本质差异，如表1.1所示。
表1.1 三个生活片段的特征比较
从表1.1可以看出，如果我们选定“研究假设”和“实验比较”两个关键指标对三个生活片段进行对比，就更容易观察到它们的差异。“研究假设”是我们在实验前对实验结果所作的推测和预估。婴儿奶量的片段中，夫妇并没有在记录奶量数据前有明确的研究假设，即并没有推测或预估宝宝的奶量是否会随着周龄或月龄的增长而发生变化，他们只是简单地进行了数据收集。并不是所有进行了数据收集的研究都是实验研究。但同时我们可以看到，在感冒饮水的片段中，小张受家人、同事劝说的影响，在大量饮水前对其效用有一定的假设。也恰恰因为有了这样的假设，他的饮水行为具有了对研究假设进行验证的目的，构成了某种“假设验证”。
“实验比较”则指在不同的实验条件下实施实验，以观察不同的实验条件（如不同的实验处理或实验干预，即研究者对实验对象施加的人为影响）是否会对实验结果造成差异。由此可见，婴儿奶量和感冒饮水的片段中，都不存在这种实验比较。夫妇并没有设置不同的实验条件来考察其对宝宝奶量的影响，小张也没有引入另一个实验条件来考察饮水对感冒痊愈的影响。但如果夫妇每隔四小时喂一次奶并记录下奶量，再与每隔六小时喂一次奶的奶量进行比较，那么这就构成了实验比较；如果小张不幸再次感冒，而这一次他不大量饮水，那么他便能比较大量饮水与否对促进感冒痊愈的影响，这也就构成了实验比较。
而贴画奖励的生活片段则兼具“研究假设”和“实验比较”。豆豆假设将房间收拾整洁会收到贴画，并在连续两个晚上分别实施了将房间收拾整洁与不收拾的实验处理，并比较了产生的结果，最终验证了将房间收拾整洁和收到小贴画之间的因果关系。而恰恰是这种基于研究假设和实验比较、针对两个事物之间因果关系的实验验证，才构成实验研究，才具有实验研究的本质特征。
从对上述三个片段的分析可见，实验研究的特点常常蕴含在日常生活中。实验研究并不神秘，它只是人对客观世界进行观察、思考、分析、认识、改造的一种方式而已。因此，要理解实验研究的特点，掌握实验研究的方法，对初学者来说，就应当常常关注生活中具有类似特征的事件，多留意、多体会、多归纳，而不应囿于实验研究的抽象概念体系和某一狭窄的学科问题研究。
既然实验研究以“研究假设”和“实验比较”为本质特征，我们不妨给它下一个定义，如下：
实验研究是基于一定的假设，通过某种实验处理，来观察所导致的结果，最终对实验处理与实验结果之间的因果关系进行探讨的量化研究方法。
第一，实验研究一定是基于某种研究假设有意进行的某种探索，而不是偶然发现了某个现象或规律——即使婴儿奶量片段中的夫妇事后偶然发现了宝宝的奶量随着月龄的推移而发生显著变化，也算不上是实验研究。第二，实验研究一定是比较了不同实验处理的结果，以此来揭示事物之间的关系——大量饮水或许真的对感冒痊愈有促进作用，但小张没有通过实验比较证明这一点，也算不上是实验研究。第三，实验研究旨在揭示“因果关系”，即究竟什么会引发什么，以便人们能够更好地利用这些规律来改善生活，促进发展。
谈到实验研究背后的认识论，学界观点虽不尽一致，但存在广泛共识的认识至少有两点。
第一，实验研究作为量化研究方法之一，遵从本质主义（essentialism）的哲学观。本质主义认为本质是事物的内在特质，虽然会表现为不同的现象，但核心内容是稳定的（石中英2004）。因此，对事物的认识应当透过现象看本质，且对现象的认识越完整、越深刻，则基于现象抽离出本质就越容易。例如，地球是一个球体，这是地球在形状上的本质特征。在人类对地球的全貌特点和运动规律缺乏完整、深刻认识的时候，就不能获得这一本质特征；而当认识逐步全面、深入后，这一本质特征就被发现了。另外，本质通过概念来表达。日常生活里的概念化和学科知识体系里的概念化既有很多相似之处，也有很大差异，后者在语言上通常更加凝练、精准，因此也更能反映事物的本质属性。例如，地球是“圆”的，是一种日常生活的概念化，而地球是一个“球体”，则更像是学科知识体系里的概念化。因此，从事实验研究，我们从根本上是希望探究事物本质之间的因果关系，而不只是表象上的关联。例如，我们曾经研究过学生学习习惯和学习成绩之间的关系，而习惯和成绩都是更偏向日常生活的概念，更贴近现象层面的认识。但如果深入探究学习习惯现象背后的本质，我们或许会发现，好的学习习惯可能包括学习者对学习策略的有效运用、学习者的自我调节、关于学习的信念、个体动机水平等众多更为本质的要素和特征；同理，学习成绩也只是一种分数现象，其背后可能反映更为本质的知识掌握、技能形成等。因此，从本质主义的角度看，“自我调节对技能形成的影响研究”比“学习习惯对学习成绩的影响研究”更有价值。而从学习习惯到自我调节，从学习成绩到技能形成，并不只是改换了一个词语而已，而是表现出了我们对事物本质的认识过程。因此，我们应当带着敬畏之心来认识、学习、运用在实验研究的过程中遇到的各种学术概念，它们中间有很多都记载着人类认识的一次次进阶和飞跃。
第二，实验研究的认识论通常是二元论（dualism）的。二元论主张人的认知作为主观世界，和外部的客观世界有清晰的边界，二者是对立的（叶浩生2013）。因此，主观世界若想认识客观世界，若想准确地反映客观世界，就必须采用科学的方法——运用科学的工具，遵循科学的程序。试想，如果两个事物之间的因果关系是我们已知的，那么就没有开展实验研究的必要了。但客观世界中存在大量事物间的关联，它们是有探索价值的，其中有些关联对人类至关重要。这些关联往往无法基于已有经验来类推，或是类推的结果并不可靠；这些关联也很难通过冥想或思辨来认识，因为它们可能已经超越了人类现有认知水平能够达到的抽象程度和加工深度。因此，必须运用科学的范式来开展认识活动。这也正是开展实验研究需要系统学习如何设计、使用科学工具，如何编制、实施科学程序的根本原因。